CN113726699B - 抗频偏的通信卫星天线实时校准方法及装置 - Google Patents

抗频偏的通信卫星天线实时校准方法及装置 Download PDF

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CN113726699B CN202110921188.3A CN202110921188A CN113726699B CN 113726699 B CN113726699 B CN 113726699B CN 202110921188 A CN202110921188 A CN 202110921188A CN 113726699 B CN113726699 B CN 113726699B
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Abstract

本申请实施例公开了一种抗频偏的通信卫星天线实时校准方法及装置。方法包括：接收通信卫星天线发送的射频混合信号；射频混合信号包括校准信号和通信信号；捕获射频混合信号在传输过程中产生的码相位时延和多普勒频偏；根据码相位和多普勒频偏，重构通信信号；根据重构后的通信信号构建干扰抑制矩阵，利用干扰抑制矩阵消除通信信号对校准信号产生的强信号干扰，最终通过校准信号对通信卫星天线进行校准。本申请实施例将通信信号与校准信号在同一时间发送，并对校准信号的多普勒频偏进行精准捕获，使得能在不中断卫星正常通信业务流的同时实现多普勒频偏的精确补偿，提高了卫星天线校准精度。

Description

抗频偏的通信卫星天线实时校准方法及装置
技术领域
本申请涉及雷达天线技术领域，具体涉及一种抗频偏的通信卫星天线实时校准方法及装置。
背景技术
通信卫星天线在轨校准是一种提高通信性能的关键技术。在实际应用中，受阵面热变形、电子元器件老化和温度偏移等因素影响，射频通道会产生时变幅度相位误差，使天线指向精度、主瓣增益和副瓣电平等系统性能下降。
在现有的卫星天线校准技术中，受通信信号强多址干扰影响，一般选择交替进行通信和校准以保证不影响卫星通信业务，系统在通信空闲时隙进行校准，收发通信业务时关闭校准信号。然而这种方法由于使用非通信时段估计和存储的通道幅相误差进行补偿，从而无法实时反映射频通道幅相误差。同时，卫星间高速运动给调制载波带来较大多普勒频偏，而多普勒频偏会导致校准结果远低于测试精度要求。
发明内容
由于现有方法存在上述问题，本申请实施例提供一种抗频偏的通信卫星天线实时校准方法及装置。
具体的，本申请实施例提供了以下技术方案：
第一方面，本申请实施例提供了一种抗频偏的通信卫星天线实时校准方法，包括：
接收通信卫星天线发送的射频混合信号；所述射频混合信号包括第一校准信号和第一通信信号；
对所述射频混合信号进行码相位和多普勒频偏的捕获，得到所述射频混合信号在传输过程中产生的码相位时延和多普勒频偏；
根据所述码相位、所述多普勒频偏和所述第一通信信号的比特信息，重构所述第一通信信号，得到第二通信信号；
根据所述第二通信信号构建干扰抑制矩阵，并利用所述干扰抑制矩阵消除所述第二通信信号对所述第一校准信号产生的强信号干扰，得到第二校准信号；
根据所述第二校准信号，对所述通信卫星天线进行实时校准。
可选的，对所述射频混合信号进行码相位和多普勒频偏的捕获，得到所述射频混合信号在传输过程中产生的码相位时延和多普勒频偏，包括：
基于串行搜索伪码相位和快速傅里叶变换方式，得到所述射频混合信号在传输过程中产生的强信号码相位时延和多普勒频偏，并基于比值校正法对所述多普勒频偏进行细捕获，得到精确的多普勒频偏。
可选的，根据所述码相位和所述多普勒频偏，重构所述第一通信信号，得到第二通信信号，包括：
根据下面第一模型，重构所述第一通信信号，得到第二通信信号；其中，所述第一模型为：
Figure BDA0003207502540000021
其中，Ss(t)为第二通信信号，b(t)和c(t)分别为第一通信信号的比特信息和扩频码序列，fc为载波频率，Td为码相位时延。
可选的，所述干扰抑制矩阵为：
BI＝SI(SIHSI)-1SIH
其中，BI为干扰抑制矩阵，SI为第一通信信号矩阵。
可选的，利用所述干扰抑制矩阵消除所述第二通信信号对所述第一校准信号产生的强信号干扰，得到第二校准信号，包括：
根据下面第二模型消除所述第二通信信号对所述第一校准信号产生的强信号干扰，得到第二校准信号；其中，所述第二模型为：
rcI＝rI-BI·rI
其中，rcI为第二校准信号，rI为第一校准信号中的第I路信号，BI为干扰抑制矩阵。
可选的，根据所述第二校准信号，对所述通信卫星天线进行实时校准，包括：
计算除基准路第二校准信号外的其他各路第二校准信号的相对幅度和相位，并将其他各路第二校准信号的相对幅度和相位分别与卫星天线发射时的幅度和相位进行比较；
根据比较结果，对所述通信卫星天线进行实时校准。
第二方面，本申请实施例提供了一种抗频偏的通信卫星天线实时校准装置，包括：
接收模块，用于接收通信卫星天线发送的射频混合信号；所述射频混合信号包括第一校准信号和第一通信信号；
第一处理模块，用于对所述射频混合信号进行码相位和多普勒频的捕获，得到所述射频混合信号在传输过程中产生的码相位时延和多普勒频偏；
第二处理模块，用于根据所述码相位和所述多普勒频偏，重构所述第一通信信号，得到第二通信信号；
第三处理模块，用于根据所述码相位、所述多普勒频偏和所述第一通信信号的比特信息，重构所述第一通信信号，得到第二通信信号；
第四处理模块，用于根据所述第二校准信号，对所述通信卫星天线进行实时校准。
可选的，所述第一处理模块，具体用于：
基于串行搜索伪码相位和快速傅里叶变换方式，得到所述射频混合信号在传输过程中产生的强信号码相位时延和多普勒频偏，并基于比值校正法对所述多普勒频偏进行细捕获，得到精确的多普勒频偏。
第三方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第一方面所述的抗频偏的通信卫星天线实时校准方法。
第四方面，本发明实施例还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所述的抗频偏的通信卫星天线实时校准方法。
由上面技术方案可知，本申请实施例首先接收通信卫星天线发送的包括第一校准信号和第一通信信号的射频混合信号。然后对射频混合信号进行码相位和多普勒频偏的捕获，得到射频混合信号在传输过程中产生的码相位时延和多普勒频偏，进而根据码相位和多普勒频偏，重构第一通信信号，得到第二通信信号，并根据第二通信信号构建干扰抑制矩阵，利用干扰抑制矩阵消除第二通信信号对第一校准信号产生的强信号干扰，得到第二校准信号。最后根据第二校准信号，对通信卫星天线进行校准。由此可知，本申请实施例一方面将通信信号与校准信号在同一时间发送，使得无需中断卫星正常通信业务流，即可实现通信卫星天线在轨实时校准。一方面通过捕获射频混合信号的码相位时延和多普勒频偏，并根据相关结果计算射频通道的幅度相位误差，从而消除了多普勒频偏给卫星天线校准带来的影响，提高了卫星在高速运动情况下的校准精度。另一方面对信号进行抗干扰处理，消除了高功率通信信号对微弱校准信号的强信号干扰，进一步提高了卫星天线校准精度。
附图说明
图1是本申请实施例提供的抗频偏的通信卫星天线实时校准方法的步骤流程图；
图2是本申请实施例提供的对中频信号处理过程的示意图；
图3是本申请实施例提供的抗频偏的通信卫星天线实时校准系统的结构示意图；
图4是本申请实施例提供的抗频偏的通信卫星天线实时校准模型的示意图；
图5是本申请实施例提供的抗频偏的通信卫星天线实时校准装置的结构示意图；
图6是本申请实施例的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。
图1是本申请实施例提供的抗频偏的通信卫星天线实时校准方法的步骤流程图，图2是本申请实施例提供的对中频信号处理过程的示意图。下面结合图1和图2对本申请实施例提供的抗频偏的通信卫星天线实时校准方法进行详细解释和说明。
如图1所示，本申请实施例提供的抗频偏的通信卫星天线实时校准方法，包括：
步骤101：接收通信卫星天线发送的射频混合信号；所述射频混合信号包括第一校准信号和第一通信信号；
在本步骤中，由地面校准接收机接收通信卫星天线发送的射频混合信号。其中，生成射频混合信号的方式为：假设通信卫星天线有K个射频通道，每个射频通道对应唯一的扩频序列，校准信号生成器将扩频序列与矩形脉冲卷积生成基带校准信号，基带校准信号经过采样、成型滤波和数字上变频将校准信号频点搬移至中频，将波束形成网络生成高功率通信信号与校准信号进行叠加，叠加后的合成信号包含K路低功率校准信号与1路高功率通信信号，然后经过上变频、功率放大器处理后由发射天线阵列辐射。
步骤102：对所述射频混合信号进行码相位和多普勒频偏的捕获，得到所述射频混合信号在传输过程中产生的码相位时延和多普勒频偏；
在本步骤中，由地面校准接收机接收通信卫星天线发送的射频混合信号，并经过低噪声放大器、A/D采样模块和数字下变频得到数字基带混合信号。由于射频混合信号在传输过程中会产生相位偏移和多普勒频偏，因此需要对码相位延迟和多普勒频偏进行捕获。具体过程为：假设数字基带混合信号共有N个采样点，码长为L的扩频码经过与发射端相同过采样处理后得到长度同为N的本地伪码，将本地伪码与数字基带混合信号进行相关处理。串行搜索伪码相位(每次搜索后本地伪码相位加1)，一次搜索过程中将N点数字基带混合信号的I路与Q路分别与本地伪码对应位相乘。长度为N的I路和Q路相乘结果分别与长度为X的汉宁窗卷积，取卷积结果的中间N点，以抽取率X对N点卷积结果进行抽取，得到I路与Q路的M点数据(N＝MX)。然后将得到的M点数据与长度为M的汉宁窗对应位相乘(汉宁窗加权)，按照I+jQ得到一组长度为M的复数。将这组复数进入离散傅式变换FFT(Fast FourierTransformation)模块做快速傅里叶变换，以上即为一次码相位搜索操作。
在本步骤中，在进行串行搜索伪码相位操作后得到一个[N×M×(K+1)]的矩阵，矩阵中N行对应伪码相位，M列对应多普勒频偏，(K+1)页对应校准信号和通信信号通道数。选择高功率通信信号第(K+1)页观察峰值对应的伪码相位及多普勒频偏，首先对多普勒频偏进行粗捕获。假设峰值对应的谱线数为P，信号采样率为fs，抽取后采样率降低为fs/X，则峰值对应的多普勒频偏为(P-M/2)·[fs/(X·M)]。然后提取峰值所在行，对多普勒频偏进行细捕获。选择峰值所在谱线及相邻的第二高谱线。假设峰值谱线高度分别为Y1，对应的频点分别为f1，相邻第二高谱线高度为Y2，
Figure BDA0003207502540000071
则细捕获的多普勒频偏
Figure BDA0003207502540000072
步骤103：根据所述码相位、所述多普勒频偏和所述第一通信信号的比特信息，重构所述第一通信信号，得到第二通信信号；
在本步骤中，将捕获到的多普勒频偏补偿本地载波，接收信号再次经过数字下变频得到消除频偏后的数字基带混合信号r。数字基带混合信号进入相关器做相关处理，得到高功率通信信号的比特信息和伪码相位。按照
Figure BDA0003207502540000073
重构第一高功率通信信号，得到第二高功率通信信号。其中b(t)和c(t)分别为高功率通信信号的比特信息和扩频码序列，fc为载波频率。
步骤104：根据所述第二通信信号构建干扰抑制矩阵，并利用所述干扰抑制矩阵消除所述第二通信信号对所述第一校准信号产生的强信号干扰，得到第二校准信号；
在本步骤中，需要说明的是，当接收的射频混合信号中包含高功率强干扰信号时，地面校准接收机只能接收到极为微弱的校准信号，因此，在对信号进行处理过程中还需要抑制高功率信号带来的影响。例如，N点高功率通信信号下变频得到I路与Q路的两路基带信号SI与SQ。两路基带信号进入干扰抑制模块，以I路信号为例，按照BI＝SI(SIHSI)-1SIH构造干扰抑制矩阵，将N点基带混合信号的I路与Q路减去干扰抑制矩阵与其的乘积，即rI-BI·rI、rQ-BQ·rQ，得到抑制高功率通信信号的K路校准信号之和。
步骤105：根据所述第二校准信号，对所述通信卫星天线进行实时校准。
在本步骤中，在得到抑制高功率通信信号后的校准信号后，将该校准信号分别与每一路的本地伪码做相关处理，取相关峰值，按照
Figure BDA0003207502540000081
以功率最小的第一路校准信号为参考，得到多路校准信号的相对幅度与相位信息，以使根据。多路校准信号的相对幅度与相位信息对通信卫星天线进行实时校准。
由上面技术方案可知，本申请实施例首先接收通信卫星天线发送的包括第一校准信号和第一通信信号的射频混合信号。然后对射频混合信号进行码相位和多普勒频偏的捕获，得到射频混合信号在传输过程中产生的码相位时延和多普勒频偏，进而根据码相位和多普勒频偏，重构第一通信信号，得到第二通信信号，并根据第二通信信号构建干扰抑制矩阵，利用干扰抑制矩阵消除第二通信信号对第一校准信号产生的强信号干扰，得到第二校准信号。最后根据第二校准信号，对通信卫星天线进行校准。由此可知，本申请实施例一方面将通信信号与校准信号在同一时间发送，使得无需中断卫星正常通信业务流，即可实现通信卫星天线在轨实时校准。一方面通过捕获射频混合信号的码相位时延和多普勒频偏，并根据相关结果计算射频通道的幅度相位误差，从而消除了多普勒频偏给卫星天线校准带来的影响，提高了卫星在高速运动情况下的校准精度。另一方面对信号进行抗干扰处理，消除了高功率通信信号对微弱校准信号的强信号干扰，进一步提高了卫星天线校准精度。
基于上述实施例的内容，在本实施例中，对所述射频混合信号进行码相位和多普勒频偏的捕获，得到所述射频混合信号在传输过程中产生的码相位时延和多普勒频偏，包括：
基于串行搜索伪码相位和快速傅里叶变换方式，得到所述射频混合信号在传输过程中产生的强信号码相位时延和多普勒频偏，并基于比值校正法对所述多普勒频偏进行细捕获，得到精确的多普勒频偏。
基于上述实施例的内容，在本实施例中，根据所述码相位和所述多普勒频偏，重构所述第一通信信号，得到第二通信信号，包括：
根据下面第一模型，重构所述第一通信信号，得到第二通信信号；其中，所述第一模型为：
Figure BDA0003207502540000091
其中，Ss(t)为第二通信信号，b(t)和c(t)分别为第一通信信号的比特信息和扩频码序列，fc为载波频率，Td为码相位时延。
基于上述实施例的内容，在本实施例中，所述干扰抑制矩阵为：
BI＝SI(SIHSI)-1SIH
其中，BI为干扰抑制矩阵，SI为第一通信信号矩阵。
基于上述实施例的内容，在本实施例中，利用所述干扰抑制矩阵消除所述第二通信信号对所述第一校准信号产生的强信号干扰，得到第二校准信号，包括：
根据下面第二模型消除所述第二通信信号对所述第一校准信号产生的强信号干扰，得到第二校准信号；其中，所述第二模型为：
rcI＝rI-BI·rI
其中，rcI为第二校准信号，rI为第一校准信号中的第I路信号，BI为干扰抑制矩阵。
基于上述实施例的内容，在本实施例中，根据所述第二校准信号，对所述通信卫星天线进行实时校准，包括：
计算除基准路第二校准信号外的其他各路第二校准信号的相对幅度和相位，并将其他各路第二校准信号的相对幅度和相位分别与卫星天线发射时的幅度和相位进行比较；
根据比较结果，对所述通信卫星天线进行实时校准。
下面通过具体实施例进行说明：
实施例一：
在本实施例中，如图3所示，以9个射频通道的通信卫星天线校准系统为例，对本申请提供的具体实施过程进行说明，其中8个通道发射码长1023的Gold码作为校准信号扩频码，1个通道发射码长1023的高斯随机序列作为高功率通信信号扩频码。
步骤一：由校准信号生成器产生8路码片速率10kHz、码长1023的校准信号，每路信号发射5个符号，经过16倍内插和脉冲成型，成形滤波器为根升余弦滤波器，滚降因子为1，得到8路信号带宽为20kHz、数据速率为160kHz的校准信号，数字上变频将校准信号频点搬移至中频10.9MHz。波束形成网络输出1路码片速率为10kHz、码长1023的高功率通信信号，经过相同的内插、成型和上变频处理后与校准信号进行叠加，中频混合信号经上变频、功率放大器输出2.2GHz的射频混合信号，由发射天线阵列辐射。
步骤二：由地面校准接收机接收射频混合信号，将接收信号经过低噪声放大器，两次下变频(射频-中频-基带)和A/D采样模块得到数字基带混合信号。假设采样速率为40MHz，下变频后的信号带有频偏fd为249Hz。A/D采样后对数字基带信号进行250倍抽取降低信号速率，得到160kHz即16倍过采样的基带信号，共1023×16×5＝81840个采样点，即N＝81840。
步骤三：串行搜索伪码相位，本地伪码经过16倍过采样后码长变为81840，每次搜索将本地伪码与数字基带信号的I路和Q路对应位相乘。长度为81840的I路与Q路相乘结果分别和长度为80的汉宁窗卷积，取卷积结果的中间81840点，以抽取率80对81840点卷积结果进行抽取，得到I路与Q路的1023点数据。
步骤四：将得到的1023点数据与长度为1023的汉宁窗对应位相乘(汉宁窗加权)，按照I+jQ得到一组长度为1023的复数。这组复数补1个零后进入FFT模块做快速傅里叶变换。步骤三和步骤四为一次码相位搜索。
步骤五：此时得到[81840×1024×9]的矩阵，该矩阵81840行对应伪码相位，1024列对应多普勒频偏，9页对应校准信号和通信信号通道数。选择高功率通信信号第9页对多普勒频偏进行粗捕获。信号经过两次抽取(250、80)后数据速率降低为fs＝2000Hz，则频偏粗捕获的精度为f'＝2000Hz/1024，即1.953Hz。根据实验结果，峰值对应的谱线数为639，则粗捕获得到的频偏值为248.031Hz。
步骤六：提取峰值所在行，对多普勒频偏进行细捕获。选择峰值所在谱线及相邻的第二高谱线。根据实验结果，峰值谱线高度为7.903，对应的频偏为248.031Hz，相邻的第二高谱线高度为7.8，比值v＝1.0132，则细捕获的多普勒频偏为248.988Hz。
步骤七：将捕获到的多普勒频偏248.988Hz补偿本地载波，接收信号再次经数字下变频处理得到消除频偏后的数字基带混合信号r，即补偿频偏后的81840点数据。81840个数据进入相关器与本地伪码做相关处理，得到高功率通信信号的比特信息和伪码相位。按照
Figure BDA0003207502540000111
重构高功率通信信号，得到[81840×1]的通信信号矩阵。
步骤八：81840点高功率通信信号下变频得到I路与Q路的两路基带信号SI与SQ。两路基带信号进入干扰抑制模块，以I路信号为例，按照BI＝SI(SIHSI)-1SIH构造干扰抑制矩阵，该矩阵为[81840×81840]，将81840点基带混合信号的I路与Q路减去干扰抑制矩阵与其的乘积，即rI-BI·rI、rQ-BQ·rQ，得到抑制高功率通信信号的8路校准信号之和。
步骤九：抑制干扰后的8路校准信号进入并行相关器，分别与每一路的本地伪码做相关处理。取相关峰值，按照
Figure BDA0003207502540000112
以功率最小的第一路校准信号为参考，得到8路校准信号的相对幅度与相位信息。
实验结果如下表一所示，其中频偏预设值为249Hz。
表1
Figure BDA0003207502540000121
如图4所示，本申请实施例提供的抗频偏的通信卫星天线实时校准模型的示意图，本申请实施例基于频分多址和时分多址的方式，划分为多个通信业务信道，每个信道划分多个时隙，多个校准信号分别占用通信业务信道中的相应时隙。
由此可见，本申请实施例提供的抗频偏的通信卫星天线实时校准方法，相比于现有技术，具有以下有益效果：
1、通过多普勒频偏粗捕获与细捕获，实现了卫星天线校准系统中多普勒频偏的精确补偿，提高了星间高速运动情况下的校准精度；
2、将高功率通信信号与低功率校准信号在同一时间发送，无需中断卫星正常通信业务流，实现了通信卫星天线在轨实时校准；
3、消除高功率通信业务信号对微弱校准信号的强多址干扰，提高了强干扰情况下的卫星天线校准精度。
基于相同的发明构思，本发明另一实施例提供了一种抗频偏的通信卫星天线实时校准装置，如图5所示，本申请实施例提供的一种抗频偏的通信卫星天线实时校准装置，包括：
接收模块1，用于接收通信卫星天线发送的射频混合信号；所述射频混合信号包括第一校准信号和第一通信信号；
第一处理模块2，用于对所述射频混合信号进行码相位和多普勒频偏的捕获，得到所述射频混合信号在传输过程中产生的码相位时延和多普勒频偏；
第二处理模块3，用于根据所述码相位、所述多普勒频偏和所述第一通信信号的比特信息，重构所述第一通信信号，得到第二通信信号；
第三处理模块4，用于根据所述第二通信信号构建干扰抑制矩阵，并利用所述干扰抑制矩阵消除所述第二通信信号对所述第一校准信号产生的强信号干扰，得到第二校准信号；
第四处理模块5，用于根据所述第二校准信号，对所述通信卫星天线进行实时校准。
在本实施例中，由地面校准接收机接收通信卫星天线发送的射频混合信号。其中，生成射频混合信号的方式为：假设通信卫星天线有K个射频通道，每个射频通道对应唯一的扩频序列，校准信号生成器将扩频序列与矩形脉冲卷积生成基带校准信号，基带校准信号经过采样、成型滤波和数字上变频将校准信号频点搬移至中频，将波束形成网络生成高功率通信信号与校准信号进行叠加，叠加后的合成信号包含K路低功率校准信号与1路高功率通信信号，然后经过上变频、功率放大器处理后由发射天线阵列辐射。
在本实施例中，由地面校准接收机接收通信卫星天线发送的射频混合信号，并经过低噪声放大器、A/D采样模块和数字下变频得到数字基带混合信号。由于射频混合信号在传输过程中会产生相位偏移和多普勒频偏，因此需要对码相位延迟和多普勒频偏进行捕获。具体过程为：假设数字基带混合信号共有N个采样点，码长为L的扩频码经过与发射端相同过采样处理后得到长度同为N的本地伪码，将本地伪码与数字基带混合信号进行相关处理。串行搜索伪码相位(每次搜索后本地伪码相位加1)，一次搜索过程中将N点数字基带混合信号的I路与Q路分别与本地伪码对应位相乘。长度为N的I路和Q路相乘结果分别与长度为X的汉宁窗卷积，取卷积结果的中间N点，以抽取率X对N点卷积结果进行抽取，得到I路与Q路的M点数据(N＝MX)。然后将得到的M点数据与长度为M的汉宁窗对应位相乘(汉宁窗加权)，按照I+jQ得到一组长度为M的复数。将这组复数进入离散傅式变换FFT(Fast FourierTransformation)模块做快速傅里叶变换，以上即为一次码相位搜索操作。
在本实施例中，在进行串行搜索伪码相位操作后得到一个[N×M×(K+1)]的矩阵，矩阵中N行对应伪码相位，M列对应多普勒频偏，(K+1)页对应校准信号和通信信号通道数。选择高功率通信信号第(K+1)页观察峰值对应的伪码相位及多普勒频偏，首先对多普勒频偏进行粗捕获。假设峰值对应的谱线数为P，信号采样率为fs，抽取后采样率降低为fs/X，则峰值对应的多普勒频偏为(P-M/2)·[fs/(X·M)]。然后提取峰值所在行，对多普勒频偏进行细捕获。选择峰值所在谱线及相邻的第二高谱线。假设峰值谱线高度分别为Y1，对应的频点分别为f1，相邻第二高谱线高度为Y2，
Figure BDA0003207502540000141
则细捕获的多普勒频偏
Figure BDA0003207502540000142
在本实施例中，将捕获到的多普勒频偏补偿本地载波，接收信号再次经过数字下变频得到消除频偏后的数字基带混合信号r。数字基带混合信号进入相关器做相关处理，得到高功率通信信号的比特信息和伪码相位。按照
Figure BDA0003207502540000143
重构第一高功率通信信号，得到第二高功率通信信号。其中b(t)和c(t)分别为高功率通信信号的比特信息和扩频码序列，fc为载波频率。
在本实施例中，需要说明的是，当接收的射频混合信号中包含高功率强干扰信号时，地面校准接收机只能接收到极为微弱的校准信号，因此，在对信号进行处理过程中还需要抑制高功率信号带来的影响。例如，N点高功率通信信号下变频得到I路与Q路的两路基带信号SI与SQ。两路基带信号进入干扰抑制模块，以I路信号为例，按照BI＝SI(SIHSI)-1SIH构造干扰抑制矩阵，将N点基带混合信号的I路与Q路减去干扰抑制矩阵与其的乘积，即rI-BI·rI、rQ-BQ·rQ，得到抑制高功率通信信号的K路校准信号之和。
在本实施例中，在得到抑制高功率通信信号后的校准信号后，将该校准信号分别与每一路的本地伪码做相关处理，取相关峰值，按照
Figure BDA0003207502540000151
以功率最小的第一路校准信号为参考，得到多路校准信号的相对幅度与相位信息，以使根据。多路校准信号的相对幅度与相位信息对通信卫星天线进行实时校准。
由上面技术方案可知，本申请实施例首先接收通信卫星天线发送的包括第一校准信号和第一通信信号的射频混合信号。然后对射频混合信号进行码相位和多普勒频偏的捕获，得到射频混合信号在传输过程中产生的码相位时延和多普勒频偏，进而根据码相位和多普勒频偏，重构第一通信信号，得到第二通信信号，并根据第二通信信号构建干扰抑制矩阵，利用干扰抑制矩阵消除第二通信信号对第一校准信号产生的强信号干扰，得到第二校准信号。最后根据第二校准信号，对通信卫星天线进行校准。由此可知，本申请实施例一方面将通信信号与校准信号在同一时间发送，使得无需中断卫星正常通信业务流，即可实现通信卫星天线在轨实时校准。一方面通过捕获射频混合信号的码相位时延和多普勒频偏，并根据相关结果计算射频通道的幅度相位误差，从而消除了多普勒频偏给卫星天线校准带来的影响，提高了卫星在高速运动情况下的校准精度。另一方面对信号进行抗干扰处理，消除了高功率通信信号对微弱校准信号的强信号干扰，进一步提高了卫星天线校准精度。
基于上述实施例的内容，在本实施例中，所述第一处理模块，具体用于：
基于串行搜索伪码相位和快速傅里叶变换方式，得到所述射频混合信号在传输过程中产生的强信号码相位时延和多普勒频偏，并基于比值校正法对所述多普勒频偏进行细捕获，得到精确的多普勒频偏。
本实施例所述的抗频偏的通信卫星天线实时校准装置可以用于执行上述方法实施例，其原理和技术效果类似，此处不再赘述。
基于相同的发明构思，本发明又一实施例提供了一种电子设备，参见图6所述电子设备的结构示意图，具体包括如下内容：处理器601、存储器602、通信接口603和通信总线604；
其中，所述处理器601、存储器602、通信接口603通过所述通信总线604完成相互间的通信；所述通信接口603用于实现各设备之间的信息传输；
所述处理器601用于调用所述存储器602中的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述一种抗频偏的通信卫星天线实时校准方法的全部步骤，例如，接收通信卫星天线发送的射频混合信号；所述射频混合信号包括第一校准信号和第一通信信号；对所述射频混合信号进行码相位和多普勒频偏的捕获，得到所述射频混合信号在传输过程中产生的码相位时延和多普勒频偏；根据所述码相位和所述多普勒频偏，重构所述第一通信信号，得到第二通信信号；根据所述第二通信信号构建干扰抑制矩阵，并利用所述干扰抑制矩阵消除所述第二通信信号对所述第一校准信号产生的强信号干扰，得到第二校准信号；根据所述第二校准信号，对所述通信卫星天线进行实时校准。
基于相同的发明构思，本发明又一实施例提供了一种非暂态计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述一种抗频偏的通信卫星天线实时校准方法的全部步骤，例如，接收通信卫星天线发送的射频混合信号；所述射频混合信号包括第一校准信号和第一通信信号；对所述射频混合信号进行码相位和多普勒频偏的捕获，得到所述射频混合信号在传输过程中产生的码相位时延和多普勒频偏；根据所述码相位和所述多普勒频偏，重构所述第一通信信号，得到第二通信信号；根据所述第二通信信号构建干扰抑制矩阵，并利用所述干扰抑制矩阵消除所述第二通信信号对所述第一校准信号产生的强信号干扰，得到第二校准信号；根据所述第二校准信号，对所述通信卫星天线进行实时校准。
此外，上述的存储器中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本发明实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的抗频偏的通信卫星天线实时校准方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种抗频偏的通信卫星天线实时校准方法，其特征在于，包括：
接收通信卫星天线发送的射频混合信号；所述射频混合信号包括第一校准信号和第一通信信号；
对所述射频混合信号进行码相位和多普勒频偏的捕获，得到所述射频混合信号在传输过程中产生的码相位时延和多普勒频偏；
根据所述码相位、所述多普勒频偏和所述第一通信信号的比特信息，重构所述第一通信信号，得到第二通信信号；
根据所述第二通信信号构建干扰抑制矩阵，并利用所述干扰抑制矩阵消除所述第二通信信号对所述第一校准信号产生的强信号干扰，得到第二校准信号；
根据所述第二校准信号，对所述通信卫星天线进行实时校准；
其中，所述根据所述码相位和所述多普勒频偏，重构所述第一通信信号，得到第二通信信号，包括：
根据下面第一模型，重构所述第一通信信号，得到第二通信信号；其中，所述第一模型为：
Figure FDA0003589897100000011
其中，Ss(t)为第二通信信号，b(t)和c(t)分别为第一通信信号的比特信息和扩频码序列，fc为载波频率，Td为码相位时延；
其中，利用所述干扰抑制矩阵消除所述第二通信信号对所述第一校准信号产生的强信号干扰，得到第二校准信号，包括：
根据下面第二模型消除所述第二通信信号对所述第一校准信号产生的强信号干扰，得到第二校准信号；其中，所述第二模型为：
rcI＝rI-BI·rI
其中，rcI为第二校准信号，rI为第一校准信号中的第I路信号，BI为干扰抑制矩阵；
其中，所述根据所述第二校准信号，对所述通信卫星天线进行实时校准，包括：
计算除基准路第二校准信号外的其他各路第二校准信号的相对幅度和相位，并将其他各路第二校准信号的相对幅度和相位分别与卫星天线发射时的幅度和相位进行比较；
根据比较结果，对所述通信卫星天线进行实时校准。
2.根据权利要求1所述的抗频偏的通信卫星天线实时校准方法，其特征在于，对所述射频混合信号进行码相位和多普勒频偏的捕获，得到所述射频混合信号在传输过程中产生的码相位时延和多普勒频偏，包括：
基于串行搜索伪码相位和快速傅里叶变换方式，得到所述射频混合信号在传输过程中产生的强信号码相位时延和多普勒频偏，并基于比值校正法对所述多普勒频偏进行细捕获，得到精确的多普勒频偏。
3.根据权利要求1所述的抗频偏的通信卫星天线实时校准方法，其特征在于，所述干扰抑制矩阵为：
BI＝SI(SIHSI)-1SIH
其中，BI为干扰抑制矩阵，SI为第一通信信号矩阵。
4.一种抗频偏的通信卫星天线实时校准装置，其特征在于，包括：
接收模块，用于接收通信卫星天线发送的射频混合信号；所述射频混合信号包括第一校准信号和第一通信信号；
第一处理模块，用于对所述射频混合信号进行码相位和多普勒频偏的捕获，得到所述射频混合信号在传输过程中产生的码相位时延和多普勒频偏；
第二处理模块，用于根据所述码相位和所述多普勒频偏，重构所述第一通信信号，得到第二通信信号；
第三处理模块，用于根据所述第二通信信号构建干扰抑制矩阵，并利用所述干扰抑制矩阵消除所述第二通信信号对所述第一校准信号产生的强信号干扰，得到第二校准信号；
第四处理模块，用于根据所述第二校准信号，对所述通信卫星天线进行实时校准；
其中，所述第二处理模块还用于：
根据下面第一模型，重构所述第一通信信号，得到第二通信信号；其中，所述第一模型为：
Figure FDA0003589897100000031
其中，Ss(t)为第二通信信号，b(t)和c(t)分别为第一通信信号的比特信息和扩频码序列，fc为载波频率，Td为码相位时延；
其中，第三处理模块还用于：
根据下面第二模型消除所述第二通信信号对所述第一校准信号产生的强信号干扰，得到第二校准信号；其中，所述第二模型为：
rcI＝rI-BI·rI
其中，rcI为第二校准信号，rI为第一校准信号中的第I路信号，BI为干扰抑制矩阵；
其中，第四处理模块还用于：
计算除基准路第二校准信号外的其他各路第二校准信号的相对幅度和相位，并将其他各路第二校准信号的相对幅度和相位分别与卫星天线发射时的幅度和相位进行比较；
根据比较结果，对所述通信卫星天线进行实时校准。
5.根据权利要求4所述的抗频偏的通信卫星天线实时校准装置，其特征在于，所述第一处理模块，具体用于：
基于串行搜索伪码相位和快速傅里叶变换方式，得到所述射频混合信号在传输过程中产生的强信号码相位时延和多普勒频偏，并基于比值校正法对所述多普勒频偏进行细捕获，得到精确的多普勒频偏。
6.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-3任一项所述抗频偏的通信卫星天线实时校准方法的步骤。
7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-3任一项所述抗频偏的通信卫星天线实时校准方法的步骤。
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